JPS6385201A - 波力発電甲ウェルズダービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、波浪の有するエネルギーを機械的な回転運動
に変換する装置、より具体的には、対称翼型をしたブレ
ードを有するタービンに関するものである。

（従来の技術） 四方を海で囲まれ、また石炭・石油などの化石燃料資源
の少ない我国において、海洋エネルギーの有効利用は、
エネルギー供給源の多様化に向けて解決しなければなら
ない技術的課題の一つである。なお、主要な海洋エネル
ギーとしては、温度差、波浪、潮汐、海流、濃度差、そ
して生物の各エネルギーがある。

これら各エネルギーの中、波浪エネルギーを利用するも
のとしては、波の上下運動を空気圧力に変換し、この変
換により生ずる空気流でタービンを回転させる装置があ
り、その一つに対称翼型ブレードを有するタービン（以
下ウェルズタービンと言う）を用いた波力発電装置があ
る。

この装置は、第３図に模式的に示すように、波の上下運
動を空気圧力に変換する空気室１と、この変換により生
ずる空気流を外方又は空気室内方に導くガイド部２と、
ガイド部２内に配設されたタービン３とを具え、このタ
ービン３は、発電機を内蔵した発電ユニット４に、図示
しない軸を介して連結されている。

たとえば、空気室１内の海面が図中矢印Ａで示すように
上昇すると空気室１内の空気は、圧縮されガイド部２を
介して、大気圧に等しい空気室外方に流出する。この時
、ガイド部２を流れる空気流によって、タービンブレー
ド５には揚力と抗力とが発生する。これら揚力と抗力と
は、タービンブレード５の弦長方向の力と、この力に直
角な方向の力とに分かれて作用し、ブレードの弦長方向
の力は、タービンを回転させるべく作用する。

一方、空気室１内の海面が図中矢印Ｂで示すように下降
すると、空気室１内の圧力は、その外方の圧力に比べて
低下するので、外方の空気がガイド部２を介して空気室
内に流入する。その流れの方向は、海面が上昇する場合
のそれとは逆向きであるが、ブレードの翼型が対称であ
るため、ブレードの弦方向に作用する力の方向は、空気
流の方向に拘わらず一定であり、弦長方向に直角な力の
方向が単に変化する。

それゆえ、ウェルズタービンは、その回転方向が常に一
定であるので波力発電に適したタービンと言える。

（発明が解決すべき問題点） このウェルズ・タービンは、上述したところから明かな
ように、作動流体の往復流に対して常に一定方向の回転
を得ることができ、しかも構造が簡単で保守も容易であ
り、その適用範囲が広いと言う特徴を有するものである
が、従来のタービンに比べて特性が劣ると言う問題があ
った。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、ウェルズタービンの有する特徴を損なうことなく、そ
の特性を向上させたタービンを提供することを目的とす
る。

（発明の開示） この目的を達成するため、本発明ウェルズタービンは、
とくに、タービンブレードの前縁からその弦長の５０％
未満の範囲内に位置し、タービンブレードのスパン方向
に延在する線分をロータハブの半径方向に延在する線分
に整列させてなる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明装置について詳述する。

第１図（ａ）は、本発明ウェルズタービンの一実施例を
示す平面図であり、タービン１０は、シャフト１２に固
着されたロータハブ１４と、このロータハブに一体的に
取付けられた本実施例では簡略のため４枚としたタービ
ンブレード１６とを有する。

タービンブレード１６は、第１図ら）に示すように、対
称翼型をしており、そのスパン方向、すなちブレードの
先端からロータハブ１４へのその取付は点までの直線路
ａｔ方向に延在する線分ＯＲを、ロータハブ１４の半径
方向に延在する線分ＯＰに整列させるとともに、その線
分（ＩＲがタービンブレード１４の前縁からその弦長β
に対し５０％未満、好ましくは３５％近傍に位置するよ
うにする。なお、このような構成としても、アスペクト
比、ハブ比、ソリディティが変わることがない。

本発明ウェルズタービンの有意性を確認するため、ター
ビンブレードの弦長ｌに対する線分ＱＲＯ前縁からの距
離の比ｆをパラメータとし、吸込式風胴を用いて比較実
験を行った。なお、本発明者等の研究によれば、ソリデ
ィティ０．６前後、アスペクト比０．５翼圧化２０％前
後のＮＡＣＡ翼で、翼枚数が６枚のタービンが優れた特
性を示すことが判明している。そこで比較実験において
は、翼圧比２０％としたＮＡＣＡ翼よりなり、翼弦長Ａ
’＝９０ｍｍ、ハブ比ｈ＝０．７とした６枚のブレード
を有するタービンを用い、ｆをパラメータとして、それ
ぞれトルク枚数ＣＴ　、タービン効率ηと翼先端を基準
とした平均迎え角α、との関係を調べた。ここで平均迎
え角α、は、タービンブレードの先端における周速Ｕ、
に対する空気流のシャフト軸線方向における速度ｖａの
比で表され、トルク係数ＣＴは、タービンに生起された
トルクをＴとすると次式で表される無次元化した値であ
り、タービンの自己起動特性を特徴づけるものである。

Ｃ７＝□ 一・ρ・Ｗｔ２　・ｚ　−ｎ　−１−ｒ。

ここで、ρｌ　１ＩｌｔＴ　Ｚ＋　’＋　ｒｔは、それ
ツレ空気密度、翼先端の相対速度、翼枚数、翼幅、ハブ
の中心から翼先端までの半径を示している。

また、タービン効率ηは次式で与えられる無次元化した
値である。

Ｔ　・ω ここで、ω、ΔＰ、Ｑはそれぞれタービンの角速度、タ
ービンの前後の差圧、そしてタービンを通過する空気の
流量である。

比較実験の結果を第２図（ａ）、（ｂ）に示す。第２図
（ａ）は、平均迎え角α、とトルク係数０７　との関係
を示す図であり、第２図（６）は、平均迎え角α、とタ
ービン効率ηとの関係を示す。なお、ｆ＝０．５の実験
例は、従来のウェルズタービンに対応しており、第４図
に示したように、ロータフ１ブの半径方向線分ＯＰに整
列し、タービンブレードのスパン方向に延在する線分Ｏ
Ｒが、タービンブレードの前縁から弦長β０５０％の位
置にある。また図中の「・」は翼が失速開始状態にある
ことを示している。

第２図（ａ）からは、ｆ＝０、つまりスパン方向に延在
する線分ＯＲがタービンブレードの前縁に一致したもの
を除き、いずれのタービンも平均迎え角α、が１５〜１
８°の範囲にある時に失速することがわかる。平均迎え
角α、がさらに減少すると、ｒ値を０．５より小さくし
たもの、つまり、線分ＯＲをブレード前縁から弦長ｌの
５０％未満としたものの方が、トルク係数Ｃ１が大きい
ことがわかる。それゆえ、ｆ値を０．５未満、好ましく
はｆ値を０．３５近傍とすることに、より失速後のター
ビンの自己起動特性が従来のタービンに比べ向上するこ
とがわかる。

一方、第２図（ｂ）からは、ｆ＝０としたタービンを除
き、各タービンは、ｆ値に拘らずほぼ同程度のタービン
効率ηを示すことがわかる。

しかしながら、海面の上下運動を変換することにより生
起される空気流は、海面の上下運動に応じてほぼ周期的
に速度Ｖａ、すなわちタービンの軸線方向における速度
が変動し、それゆえ平均迎え角α、も変動する。したが
って海水の有する運動エネルギーを有効に取出すには、
平均迎え角α。

の変動に拘らずタービン効率ηが高い一定値を一取るも
のであることが望ましく、第２図ら）から明かなように
ｆ値を０．５より小さく、好ましくはｆ＝０．３５近傍
とするのが良い。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明ウェルズタービンは、タービ
ンブレードのスパン方向に延在する線分を、ブレードの
前縁からその翼弦長の３５％近傍に位置させるとともに
、ロータハブ半径方向に延在する線分に整列させる構成
とすることにより、従来のウェルズタービンの有する特
徴を損なうことなく、その自己起動特性を改善し、また
往復流の有する運動エネルギーを有効に取り出すことが
できる。

しかも同等特別な手段・装置を必要としないので、製造
コスト的にも有利であるなど、数多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明ウェルズタービンを示す図、第
１図ら）は、第１図（ａ）に示すタービンブレードの翼
型を示す図、 第２図（ａ）、（ｂ）は、本発明ウェルズタービンのト
ルク特性及びタービン効率を示す図、 第３図は、ウェルズタービンを用いた波力発電装置を示
す路線図、 第４図は、従来のウェルズタービンを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、対称翼型をしたタービンブレードを複数枚有し、作
   動流体の往復流れに対し常に一方向に回転するウェルズ
   タービンにおいて、タービンブレードのスパン方向に延
   在し、タービンブレードの前縁から弦長の５０％未満の
   範囲内に位置する線分を、ロータハブの半径方向に延在
   する線分に整列させてなることを特徴とする波力発電用
   ウェルズタービン。